酒鋼不銹鋼煉鋼電爐除塵研究與技術改造

舒 剛 呂永鵬 周紀帥

（中冶南方工程技術有限公司，湖北 武漢430223）

1 概述

酒鋼集團宏興股份公司不銹鋼分公司煉鋼分廠原有100噸電爐區域除塵效果不理想，冶煉期間有大量煙氣從狗屋逸出，逸出的煙無法完全通過屋頂罩捕集，導致煙氣在廠房內彌散并逸出廠房，對生產現場和周圍環境造成了污染。

在對現有電爐區域的現場檢測的基礎上，結合理論計算分析提出了合理的改造措施，項目實施后，電爐除塵效果得到很好的改善。

2 改造前電爐除塵的情況

該電爐除塵系統采用爐內排煙（一次煙氣）和密閉罩（狗屋）及屋頂罩聯合排煙（二次煙氣）的混合系統，一次煙氣和二次煙氣在混風器內混合后進入除塵器。二次煙氣除塵系統還包括電爐扒渣站和電爐上下料除塵點。除塵管道上設置有電動調節閥門，根據不同的生產工藝過程，控制閥門的開啟，滿足除塵工藝要求。在電爐加料、兌鐵階段，四孔和狗屋煙道閥門關閉，屋頂罩閥門開啟，煙氣通過屋頂罩捕集；冶煉階段，屋頂罩閥門關閉，四孔煙道和狗屋煙道閥門開啟，煙氣通過四孔和狗屋除塵系統捕集；出鋼階段，屋頂罩和四孔煙道閥門關閉，狗屋閥門開啟，煙氣通過狗屋除塵系統捕集。

改造前電爐除塵的流程圖見下圖：

圖1 改造前電爐除塵系統流程圖

電爐冶煉原設計采用每爐“50%廢鋼+50%鐵水”的配料方式，目前采用全冷料冶煉和“50%廢鋼+50%鐵水”冶煉兩種方式，其中“50%廢鋼+50%鐵水”的冶煉模式約占電爐總生產爐數的60%。

改造前電爐除塵設置一套布袋除塵系統，系統處理煙氣量1385000m3/h，包含布袋除塵器、離心風機、高壓變頻電機及輸灰系統等。改造前布袋除塵系統煙囪的排放濃度為50Nmg/m3，不能滿足最新對于鋼鐵行業超低排放的要求[1]。

3 電爐除塵系統改造

電爐冶煉時產生的有害物質主要體現在電爐的加料、冶煉和出鋼三個階段[2]。受到業主生產組織的限制，本次改造不改造第四孔排煙的水冷管道及機力冷卻器設施，主要針對電爐狗屋排煙罩和電爐屋頂除塵進行改造。

3.1 電爐屋頂罩改造

現有電爐屋頂除塵罩為典型的熱源上空接受式排煙罩，電爐煙氣與周圍的空氣溫度存在較大溫差，通過對流散熱將熱量傳給周圍空氣，周圍空氣受熱上升，形成熱射流。對熱射流觀察發現，在離熱源表面1～2 倍熱源直徑處，射流發生收縮，在收縮斷面上流速最大，隨后上升氣流逐步緩慢變大。因此可以將電爐捕集的情況近視看成從一個假想點源逐步擴散的過程[3]。排煙罩與熱源的距離，排煙罩的面積以及排風量，對于電爐屋頂除塵罩的排煙效果有決定性的影響。

圖2 電爐屋頂除塵罩

Q- 熱源的對流散熱量 kJ/s

α- 對流換熱系數 J/（m2·S·℃）

△t- 熱源點溫度與周圍的溫度差℃，兌鐵水工況時，溫差可取330℃

B- 熱源點的直徑m，電爐直徑～7.4m

H- 熱源點與屋頂罩的距離m，取25m

表1 新增電爐除塵系統主要設備參數表

根據上述公式和參數，計算得到熱射流的流量LZ=302m3/s=1087200m3/h

那么屋頂罩的排風量L=LZ+V'×F' （5）

其中F'- 罩口的擴大面積，等于罩口面積減去熱射流的面積

V'- 擴大面積上的風速，取0.5m/s

熱射直徑DZ=0.36×H+B=0.36×25+7.4=16.4m （6）

本項目罩口實際面積=24m×18m，滿足煙氣捕集的要求

F'=24×18-π/4×（16.4）2=220.8m2

計算得到屋頂罩的排風量 L=302+220.8 ×0.5=412.4m3/s=1484640m3/h

根據理論分析及計算，本次對電爐屋頂除塵主要的改造措施有：

（1）現有電爐屋頂罩為尖頂結構，儲存煙氣的容積有限，不利于存儲瞬間散發的大量煙氣，在維持罩口面積不變的前提下，將尖頂結構改造為平頂結構，增大儲煙的容積；

（2）現有電爐除塵屋頂的風量遠低于計算屋頂排煙罩需要的排煙量，需要新增除塵設施，增大現有屋頂罩的排煙量。

3.2 電爐狗屋除塵點改造

改造前電爐狗屋采用側吸的方式，在狗屋的東側和西側分別布置有除塵口及除塵管道。經過項目實際現場考察，電爐冶煉過程中，尤其是吹氧工況下，大量的高濃度、高熱壓的煙氣直接沖擊到電爐狗屋頂部，側面布置的吸塵口無法捕集，大量煙氣逸散到狗屋之外，給車間環境及行車的運行均帶來較大不利影響。

本次改造將電爐狗屋的抽塵口布置到電爐狗屋頂部移動大門處，活動除塵罩可以隨著電爐狗屋大門活動，當狗屋大門關閉時，除塵罩口與除塵管道接口對接，用于捕集和輸送狗屋內的含塵煙氣。有研究表明，電爐狗屋除塵罩改到頂部之后，煙氣在水平方向的擴散明顯降低，廠房縱向的煙氣溫度隨高度的增加衰減加快，捕集效率得到明顯提高[4]。

3.3 新增電爐除塵設施

經過分析計算，改造前電爐除塵系統處理煙氣量不能滿足電爐除塵的要求，需要新增一套布袋除塵設施，新增布袋除塵設施主要參數見表。

經過上述改造之后，電爐除塵效果良好，不僅減少了電爐廠房煙氣外逸對主廠房外環境污染，改善了車間內崗位環境，也減少了企業由于環保問題的停產時間，產生了很好的社會效益和經濟效益。

4 結論

4.1電爐屋頂捕集罩的風量，要在電爐兌鐵水最不利工況下，結合廠房的布置結合理論計算確定，罩口的尺寸，必須大于罩口高度熱射流的尺寸。

4.2電爐屋頂罩的設計要采用大容積的方式，保證足夠的容煙量。

4.3電爐狗屋的抽塵口，宜以布置在狗屋頂部為主，狗屋側面為輔，主要除塵風量應分配到頂部抽塵口。